proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Журналы Атомная стратегия 2024 год
  Агентство  ПРоАтом. 28 лет с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





PRo IT
Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС

Вышла в свет книга Б.И.Нигматулина и В.А.Пивоварова «Реакторы с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. История трагедии и фарса». Подробнее 
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия»
и сайта proatom.ru.
E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[15/09/2005]     Будущее в настоящем

В.И. Королев, заместитель начальника кафедры «Судовые ЯЭУ» ГМА им. адм. С.О. Макарова, к. т. н.

В полемической статье профессора Владимира Кузнецова «Взгляд в будущее» (Атомная стратегия XXI, июнь 2005 г.) поднят важнейший вопрос, каким должен быть атомный ледокол будущего (АЛБ).

В статье использована двухцветная классификация специалистов, которые имеют собственное мнение по этому вопросу. Следуя этой классификации, автор статьи отнес себя к оптимистам-прогрессистам (звучит неплохо). Поскольку я с многими положениями его рассуждений не согласен, следовательно, по данной классификации отношусь к пессимистам-реалистам (мрачновато).

Нет спора, что АЛБ должен рассматриваться как объект, решающий стратегические экономические задачи, обеспечивающие приумножение богатств и процветание России. Проектирование и строительство новых ледоколов позволит мобилизовать значительный интеллектуальный потенциал России, и загрузить производственные мощности заказами на высокотехнологическое оборудование.

Какой должна быть ядерная энергетическая установка (ЯЭУ) этого ледокола?

В качестве кандидатуры для РУ можно рассматривать уже испытанные на практике, но ныне забытые реакторы с жидкометаллическим теплоносителем на базе эвтектического сплава свинец-висмут (подводная лодка проекта 705). Это могут быть, например, газоохлаждаемые реакторы с гелиевым теплоносителем (в России пока не освоены). Можно рассматривать также проекты РУ, которые на сегодняшний день находятся в чертежах, моделях. И, наконец, можно иметь в виду совсем фантастические проекты в духе Жюль Верна, сведения о которых периодически появляются в популярных журналах.

Однако в статье В. Кузнецова безальтернативно рассматривается водо-водяной реактор под давлением как прототип будущего реактора. И это понятно – есть реальный 30-летний опыт эксплуатации таких реакторов в составе ныне действующих атомных ледоколов. Значит, речь идет о ближайшем будущем?

По мнению В. Кузнецова, изменения могут быть только в подходе к выбору приоритетов при проектировании РУ: комплектации, выборе параметров пара и конструктивных решений. Именно это и есть требования XXI века? Это последние научные достижения? Это обеспечит конкурентоспособность атомных ледоколов? Допустим.

Возвратимся к приоритетам при проектировании АЛБ. В статье В. Кузнецова это высокий КПД ЯЭУ. Данный параметр определяется как произведение КПД составляющих ЯЭУ установок: РУ, паротурбинной установки (ПТУ) и гребной электрической установки (ГЭУ). Причем наибольшее влияние оказывает ПТУ. Значит, изменения должны касаться в большей мере именно ПТУ.

Как повысить КПД ПТУ известно каждому курсанту. Например, можно увеличить температуру и давление пара, подаваемого в ПТУ и применить регенеративный подогрев питательной воды.

Для того чтобы поднять температуру пара за парогенераторами в водо-водяных реакторах под давлением, необходимо увеличить температуру теплоносителя на выходе из активной зоны, а для сохранения запасов до критической тепловой нагрузки одновременно увеличить давление теплоносителя в контуре циркуляции. В соответствии с закономерностями «Сопромата» для обеспечения необходимых запасов по прочности корпуса при повышении давления следует увеличить толщину стенок корпуса реактора и парогенераторов.

Далее, несколько отклонюсь непосредственно от повышения КПД ПТУ и возвращусь к еще одному тезису из статьи профессора Кузнецова. Он является жестким сторонником интегральной компоновки РУ, т.е. в едином корпусе находится активная зона, теплообменная поверхность парогенераторов и циркуляционные насосы. Данная компоновка при прочих равных условиях приводит к увеличению диаметра корпуса реактора. Рассматривая упомянутые ранее закономерности «Сопромата» следует отметить, что увеличение диаметра корпуса также потребует увеличения толщины стенки корпуса (пропорционально увеличению диаметра).

Другим приоритетом в статье В. Кузнецова названо повышение энергозапаса при одновременном снижении энергонапряженности активной зоны. Конечно, заманчиво. Это снижение эксплуатационных затрат. Однако увеличение энергозапаса и снижение энергонапряженности приводит к увеличению объема активной зоны. Увеличение объема обеспечивается за счет одновременного роста диаметра и высоты активной зоны. Это вновь потребует увеличения диаметра корпуса реактора и толщины стенок корпуса.

Таким образом, принятые рекомендации В. Кузнецова неизменно приведут к увеличению толщины прочного корпуса реактора. Так ли это безобидно?

Известно, что из-за перепада температур по толщине стенки с односторонним обогревом (модель корпуса реактора) в последней возникают термонапряжения. При изменении температуры обогреваемой стенки (температуры теплоносителя) происходит перераспределение температур прилегающих слоев металла, и возникают дополнительные значительные термодинамические напряжения в металле стенки, величина которых возрастает при росте толщины стенки (примерно пропорционально квадрату толщины) и скорости изменения температуры теплоносителя. Перераспределение температур обогреваемой стенки и вызванные этим термодинамические напряжения (корпусных элементов реактора) происходит при каждом изменении режима работы реактора (изменение мощности, разогрев и расхолаживание реактора и т.д.). Термодинамические циклические напряжения в течение длительного срока эксплуатации могут привести к термической усталости металла по мере накопления предельной пластической деформации.

Изменение режима работы реактора в процессе эксплуатации происходит многократно и можно выделить некоторую генеральную совокупность одинаковых повторяющихся циклов и назвать ее статистической моделью эксплуатации РУ. Таким образом, если будущая РУ выполнена по рекомендациям В. Кузнецова и имеет общепринятую статистическую модель эксплуатации, то возрастает вероятность усталостных повреждений металла корпусных элементов. Во избежание этого следует уменьшить количество возможных изменений мощности, снизить скорость изменения мощности и увеличить время разогрева и расхолаживания реактора. Попросту РУ будущего теряет маневренность по отношению к ныне существующим РУ, и необходимо скорректировать ее статистическую модель эксплуатации.

Основным специфическим требованием к ледоколам является высокая маневренность. РУ не обладает маневренностью, которая требуется для ледокола, поэтому используется раздельное управление РУ и ПТУ. Сущность этого управления состоит в том, что мощность реактора на величину (запас на оперативное управление) превышает мощность ПТУ (гребной электрической установки), и маневрирование осуществляется изменением мощности турбины. Можно легко доказать, что средневзвешенная величина тем больше, чем меньше маневренность РУ. Это значит, что РУ генерирует «избыточный пар», а затем сбрасывает его теплоту в охлаждающую забортную воду. Также можно показать, что некоторое увеличение КПД ПТУ за счет повышения параметров пара и введения регенерации в специфических условиях работы ЯЭУ ледокола почти не даст желаемого экономического эффекта.

Таким образом, сформулированные В. Кузнецовым главные приоритеты в достижении как можно более высокого КПД ЯЭУ связаны при прочих равных условиях со снижением надежности (безопасности) и маневренности энергетической установки. При существовании этой взаимосвязи не целесообразно снижать надежность энергетической установки за счет некоторого прироста экономичности.

Автор считает, что главным приоритетом для АЛБ является повышение его ядерной и радиационной безопасности за счет повышения надежности основного оборудования, обслуживающих систем, средств управления, повышения роли внутренней самозащищенности реактора. В условиях нарастающего экстремизма и терроризма необходимо повышать требования к физической защите ядерных объектов и культуре безопасности оперативного персонала.

Стратегическими направлениями при разработке атомных ледоколов будущего являются: ориентация на апробированные решения, обеспечение высокой надежности (безопасности) и маневренности. Все остальные качества должны обеспечиваться по мере выполнения стратегической линии. При этом не снимается вопрос повышения экономичности ЯЭУ. Однако эти задачи должны решаться не за счет усложнения конструкции (например, введения регенеративного подогрева питательной воды, установкой двухкорпусных турбин, промежуточных сепараторов, конденсатных сливных электронасосов и т.д.), а за счет выбора рациональных программ управления в данных навигационных условиях, применения современной надежной техники и элементной базы автоматики.

Необходимо также решать задачи снижения эксплуатационных затрат, например, за счет увеличения энергозапаса активной зоны. Но данная задача должна решаться постепенными шагами не в ущерб безопасности.

Журнал "Атомная стратегия", сентябрь 2005 г.  

 
Связанные ссылки
· Больше про Атомный флот
· Новость от PRoAtom


Самая читаемая статья: Атомный флот:
Вспоминая яркое далёкое

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 3
Ответов: 2


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 0 Комментарии
Спасибо за проявленный интерес





Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.05 секунды
Рейтинг@Mail.ru